引言智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，正逐步從概念走向普及。用戶對(duì)家居環(huán)境的智能化控制（如溫濕度調(diào)節(jié)、照明管理、安防監(jiān)測(cè)）需求日益增長(zhǎng)，而傳統(tǒng)家居系統(tǒng)存在控制單一、擴(kuò)展性差等問(wèn)題。STM32系列單片機(jī)憑借其高性能、低功耗、豐富外設(shè)接口及開(kāi)源生態(tài)優(yōu)勢(shì)，成為智能家居控制核心的理想選擇。本文圍繞基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)，從硬件架構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)到功能實(shí)現(xiàn)展開(kāi)詳細(xì)闡述，為相關(guān)開(kāi)發(fā)提供實(shí)用參考。一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)智能家居控制系統(tǒng)以STM32微控制器為核心，構(gòu)建“感知-控制-交互”三層架構(gòu)：1.1感知層通過(guò)溫濕度、人體紅外、光照等傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)（如溫度、人體活動(dòng)、光照強(qiáng)度），為控制決策提供依據(jù)。1.2控制層STM32處理感知層數(shù)據(jù)，結(jié)合用戶指令（本地/遠(yuǎn)程），驅(qū)動(dòng)繼電器、舵機(jī)等執(zhí)行器完成設(shè)備控制（如空調(diào)開(kāi)關(guān)、窗簾開(kāi)合、照明調(diào)節(jié)）。1.3應(yīng)用層通過(guò)LCD屏、手機(jī)APP、Web端等實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，支持場(chǎng)景化控制（如“回家模式”“睡眠模式”）與狀態(tài)反饋。系統(tǒng)工作流程：傳感器將環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)STM32的ADC/GPIO采集后，由內(nèi)置算法（如邏輯判斷、PID）生成控制指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的同時(shí)將狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋至交互端。二、硬件設(shè)計(jì)2.1核心控制模塊選用STM32F103C8T6作為主控芯片，其具備72MHz主頻、64KBFlash、20KBSRAM，11個(gè)定時(shí)器、3個(gè)USART接口及豐富GPIO，滿足多傳感器、多執(zhí)行器的控制需求。硬件設(shè)計(jì)包含：電源電路：5V轉(zhuǎn)3.3V（AMS____.3），保障穩(wěn)定供電；時(shí)鐘電路：8MHz外部晶振+32.768KHzRTC晶振，支持精確計(jì)時(shí)；復(fù)位電路：按鍵復(fù)位+上電復(fù)位，提高系統(tǒng)可靠性。2.2傳感器模塊溫濕度傳感器（DHT11）：采用單總線協(xié)議，數(shù)據(jù)引腳（DATA）接STM32的GPIO，定時(shí)采集溫濕度（精度±2℃、±5%RH），適用于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)。光照傳感器（BH1750）：I2C接口，SCL/SDA接STM32的I2C引腳，輸出數(shù)字光照強(qiáng)度值（____lux），為窗簾、照明調(diào)節(jié)提供依據(jù)。2.3執(zhí)行器模塊繼電器模塊：控制端接STM32的GPIO（經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)），觸點(diǎn)端連接家電（如空調(diào)、插座），實(shí)現(xiàn)通斷控制。舵機(jī)模塊：通過(guò)STM32的定時(shí)器輸出PWM波（頻率50Hz，占空比0.5%-2.5%對(duì)應(yīng)0°-180°），控制窗簾開(kāi)合角度。LED驅(qū)動(dòng)：STM32的GPIO輸出高低電平，經(jīng)三極管/MOS管驅(qū)動(dòng)RGBLED，實(shí)現(xiàn)照明與氛圍燈控制。2.4通信模塊三、軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境選用STM32CubeIDE，結(jié)合HAL庫(kù)簡(jiǎn)化底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，軟件架構(gòu)采用“主程序+中斷+任務(wù)調(diào)度”模式，核心功能模塊如下：3.1驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)傳感器驅(qū)動(dòng)：以DHT11為例，通過(guò)GPIO模擬單總線時(shí)序（起始信號(hào)、響應(yīng)信號(hào)、數(shù)據(jù)讀?。?，封裝溫濕度讀取函數(shù)；BH1750通過(guò)I2C協(xié)議（`HAL_I2C_Master_Transmit/Receive`）配置寄存器并讀取數(shù)據(jù)。執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)：舵機(jī)PWM通過(guò)TIM3生成，配置TIM3為PWM模式，占空比由環(huán)境光照或用戶指令動(dòng)態(tài)調(diào)整；繼電器通過(guò)GPIO輸出高低電平，封裝開(kāi)關(guān)函數(shù)。通信驅(qū)動(dòng)：USART2配置為_(kāi)___波特率，接收ESP8266的AT指令響應(yīng)，解析后執(zhí)行控制邏輯；發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)至服務(wù)器或APP。3.2數(shù)據(jù)處理與邏輯控制環(huán)境自適應(yīng)控制：當(dāng)溫度＞28℃且光照＜300lux時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟空調(diào)與窗簾（半開(kāi)）；人體紅外檢測(cè)到活動(dòng)且光照＜100lux時(shí)，點(diǎn)亮LED。場(chǎng)景模式：“回家模式”觸發(fā)時(shí)，開(kāi)啟客廳燈、空調(diào)，關(guān)閉窗簾；“睡眠模式”關(guān)閉主燈，開(kāi)啟夜燈，設(shè)置空調(diào)為睡眠模式。狀態(tài)反饋：將傳感器數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)（如繼電器開(kāi)關(guān)、舵機(jī)角度）通過(guò)USART發(fā)送至LCD或APP，實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控。3.3任務(wù)調(diào)度（FreeRTOS）創(chuàng)建多任務(wù)：傳感器采集任務(wù)（周期500ms）；執(zhí)行器控制任務(wù)（周期200ms）；通信任務(wù)（事件觸發(fā)）；用戶交互任務(wù)（按鍵/觸屏）。通過(guò)信號(hào)量、隊(duì)列實(shí)現(xiàn)任務(wù)間同步與數(shù)據(jù)傳遞，保障系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。四、功能實(shí)現(xiàn)與測(cè)試4.1本地控制功能通過(guò)按鍵（如“回家”“睡眠”鍵）觸發(fā)場(chǎng)景模式，LCD實(shí)時(shí)顯示溫濕度、光照強(qiáng)度及設(shè)備狀態(tài)。實(shí)測(cè)中，按鍵按下后100ms內(nèi)設(shè)備響應(yīng)，LCD刷新延遲＜50ms，滿足交互需求。4.2遠(yuǎn)程控制功能4.3環(huán)境自適應(yīng)測(cè)試模擬夏季環(huán)境（溫度30℃，光照200lux），系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟空調(diào)（繼電器吸合）、窗簾半開(kāi)（舵機(jī)角度90°）；人體紅外檢測(cè)到活動(dòng)后，LED點(diǎn)亮，響應(yīng)時(shí)間＜800ms，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。4.4穩(wěn)定性測(cè)試連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)，系統(tǒng)無(wú)死機(jī)、數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，傳感器數(shù)據(jù)采集誤差＜3%，執(zhí)行器控制精度滿足家居場(chǎng)景需求。五、總結(jié)與展望本設(shè)計(jì)基于STM32構(gòu)建的智能家居控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境感知、設(shè)備控制、本地/遠(yuǎn)程交互的一體化功能，具有成本低（BOM成本＜200元）、擴(kuò)展性強(qiáng)（預(yù)留傳感器/執(zhí)行器接口）、實(shí)時(shí)性好（響應(yīng)時(shí)間＜1s）等優(yōu)勢(shì)。未來(lái)可優(yōu)化方向：采用低功耗STM32L系列，延長(zhǎng)電池供電設(shè)備（如傳感器節(jié)點(diǎn)）的續(xù)航；引入LoRa或5G